NL192030C

NL192030C - Device for the electrodialysis of liquids

Info

Publication number: NL192030C
Application number: NL8203237A
Authority: NL
Original assignee: Ionics
Priority date: 1981-08-24
Filing date: 1982-08-18
Publication date: 1997-01-07
Also published as: NL8203237A; FR2511788B1; GB2104550A; DE3231415A1; US4381232A; FR2511788A1; JPS5840110A; DE3231415C2; JPH0245490B2; GB2104550B; NL192030B

Description

1 1920301 192030

Inrichting voor de elektrodialyse van vloeistoffenDevice for the electrodialysis of liquids

De onderhavige aanvrage heeft betrekking op een inrichting, bestaande uit meer trappen, voor de elektrodialyse van vloeistoffen, omvattende een aantal in serie verbonden trappen waarvan elke trap een 5 verdere ontzouting teweegbrengt van de verdunde produktstroom die uit de voorafgaande trap komt en waarbij in elke trap een anode en een kathode aanwezig zijn die van elkaar zijn gescheiden door ten minste één paar kamers, bestaande uit een zoutverdunningskamer en een zoutconcentreringskamer, die worden begrensd door afwisselende voor anionen selectief permeabele membranen en voor kationen selectief permeabele membranen, en waarbij elke trap met de aangrenzende trappen is verbonden door doorvoer-10 organen voor vloeistof voor elk van de verdunde produktstromen en geconcentreerde produktstromen die in die trappen worden gevormd en elke trap voorts schakelorganen omvat voor het achtereenvolgens, trap voor trap en stapsgewijze in de tijd, gestuurd door het zoutgehalte van het verdunde produkt, periodiek omkeren van de polariteit van die elektroden, en het systeem voorts middelen bezit voor het regelen van de vloeistofstreming waarmee de stroom van verdund produkt en de stroom van geconcentreerd produkt 15 worden geregeld.The present application relates to a multi-stage device for the electrodialysis of liquids, comprising a number of series-connected stages, each stage of which further desalinates the dilute product stream coming from the previous stage and in which each stage an anode and a cathode are present which are separated from each other by at least one pair of chambers, consisting of a salt dilution chamber and a salt concentration chamber, which are bounded by alternating anion selectively permeable membranes and cation selectively permeable membranes, and each step having the adjacent stages is connected by liquid feed-through means for each of the dilute product streams and concentrated product streams formed in those stages, and each stage further comprises sequential, stage by stage and stepwise time switches, controlled by the salinity of the diluted pro periodically reverses the polarity of those electrodes, and the system further includes liquid curdling means for controlling the flow of dilute product and the flow of concentrated product.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Franse octrooi 2.062.440. De wijze waarop die daar wordt beschreven is als volgt: De elektrische stroom wordt eerst uitgeschakeld, vervolgens wordt de vloeistof-stroming gestopt, daarna laat men de vloeistof in omgekeerde richting stromen en wordt na enige tijd ook de elektrische stroom weer ingeschakeld. Bij meerdere trappen wordt deze procedure voor de verschillende 20 trappen achtereenvolgens uitgevoerd.Such a device is known from French patent 2,062,440. The way it is described there is as follows: The electric current is first switched off, then the liquid flow is stopped, then the liquid is allowed to flow in the reverse direction and after some time the electric current is also switched on again. For multiple stages, this procedure is performed sequentially for the different 20 stages.

Een dergelijke wijze van gebruik van een elektrodialyse-inrichting heeft het nadeel dat de totale inrichting erg uitgebreid is. Met name voor het omdraaien van de stroomrichting van de vloeistof is een uitgebreid buizen· en kleppenstelsel nodig.Such a method of using an electrodialysis device has the drawback that the entire device is very extensive. In particular, reversing the flow direction of the liquid requires an extensive piping and valve system.

Het doel van de onderhavige uitvinding is deihalve een inrichting te verschaffen waarin een 25 elektrodialysebehandeling van een vloeistof eenvoudiger kan worden uitgevoerd en die de hiervoor gevoerde nadelen niet vertoont. Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding verkregen door middel van een inrichting als in de aanhef genoemd, en welke wordt gekenmerkt, doordat de schakelorganen de elektriciteit continu ingeschakeld houden en de vloeistof in dezelfde richting blijft stromen.The object of the present invention is, in addition, to provide an apparatus in which an electrodialysis treatment of a liquid can be carried out more easily and which does not have the above-mentioned drawbacks. This object is achieved according to the present invention by means of a device as mentioned in the preamble, which is characterized in that the switching means keep the electricity switched on continuously and the liquid continues to flow in the same direction.

Omkering van de polariteit vindt in elke trap plaats nadat het gedeeltelijk ontzoute produkt dat in die trap 30 werd gevormd zich volledig een weg heeft gebaand door de hydraulische kanalen van die trap of de hydraulische kanalen van die trap heeft vrijgemaakt. Het grootste deel van het produkt dat in de eerste trappen van het systeem gedeeltelijk is ontzouten zal derhalve door het systeem blijven stromen zonder te worden verontreinigd met zout en uiteindelijk het systeem verlaten in een volledig bruikbare toestand.Reversal of polarity occurs in each stage after the partially desalinated product formed in that stage 30 has completely cleared its way through the hydraulic channels of that stage or cleared the hydraulic channels of that stage. Most of the product that has been partially desalted in the first stages of the system will therefore continue to flow through the system without being contaminated with salt and eventually leave the system in a fully usable state.

Het systeem omvat een aantal trappen waarbij in elke trap het produkt van de voorgaande trap 35 geleidelijk verder wordt gezuiverd tot de gewenste zuiverheid van het produkt wordt bereikt. Elke trap kan op zijn beurt één of meer hydraulische trappen omvatten. Omkering van de elektrodepotentiaal vindt periodiek plaats om afzetsel uit het systeem te verwijderen. Bij de onderhavige uitvinding wordt de omkering van de elektrodepotentiaal van trap tot trap uitgevoerd gaande in een richting van trappen met een produkt met een hogere zoutconcentratie naar trappen met een lagere zoutconcentratie in de produktstroom of 40 verdunde stroom, dat wil zeggen gaande in stroomafwaartse richting met betrekking tot de invoer van de ruwe te zuiveren vloeistof. De omkering van de elektrodepotentiaal vindt stapsgewijs in de tijd plaats, waarbij het tijdstip van omkering wordt bepaald door de stroom, het zoutgehalte en de vloeistof-stroomsnelheid door de installatie. Daar het verdunde of behandelde produkt elke trap achtereenvolgens vrij maakt, wordt de potentiaal van de elektroden van die trap omgekeerd, totdat de potentiaal van de 45 elektroden in alle trappen van het systeem is omgekeerd. Daarna worden de produktstromen weer op gang gebracht net als bij de conventionele praktijk van omkering van de elektrodepotentiaal in elektrodialyse· systemen.The system comprises a number of steps, in each step the product of the previous step 35 is gradually further purified until the desired purity of the product is achieved. Each stage may in turn comprise one or more hydraulic stages. Electrode potential is reversed periodically to remove deposits from the system. In the present invention, the reversal of the electrode potential from stage to stage is performed going in a direction of steps with a product having a higher salt concentration to steps having a lower salt concentration in the product stream or 40 dilute stream, i.e. going downstream with with regard to imports of the raw liquid to be purified. The electrode potential is reversed stepwise over time, the time of reversal being determined by the flow, salinity and liquid flow rate through the installation. Since the diluted or treated product successively releases each stage, the potential of the electrodes of that stage is reversed until the potential of the 45 electrodes in all stages of the system is reversed. Product flows are then restarted as in the conventional practice of electrode potential reversal in electrodialysis systems.

Met een inrichting die zo bedreven kan worden gaat slechts het gedeeltelijk ontzoute produkt uit de eerste trap verloren in plaats van alie vloeistof uit het systeem zoals het geval is wanneer in alle trappen 50 gelijktijdig de elektrodepotentiaal wordt omgekeerd. De omkering kan zo worden geregeld dat ze optreedt op basis van de bekende vloeistofstroomsnelheid van het systeem en metingen van de geleidbaarheid bij de uitgang van elke trap, om de toestand van het produkt te bepalen.With an apparatus which can be operated in this way, only the partially desalinated product from the first stage is lost instead of all the liquid from the system as is the case when the electrode potential is reversed simultaneously in all stages 50. The inversion can be controlled to occur based on the known fluid flow rate of the system and conductivity measurements at the exit of each stage to determine the condition of the product.

De uitvinding wordt nader toegelicht in de hierna volgende beschrijving en de tekeningen.The invention is further elucidated in the following description and the drawings.

55 Figuur 1 geeft schematisch een vergelijkingsuitvoeringsvorm van de uitvinding weer.Figure 1 schematically illustrates a comparative embodiment of the invention.

Figuur 2 geeft schematisch een uitvoeringsvorm van de uitvinding weer.Figure 2 schematically shows an embodiment of the invention.

192030 2192030 2

In figuur 1 is schematisch een vergelijkingssysteem voor de elektrodialyse van vloeistoffen weergegeven. Dit systeem omvat vier trappen 10, 12, 14 en 16. In trap 10 zijn elektroden 18 en 20 aanwezig en deze trap is verdeeld in een zoutverdunningscompartiment 19 en een zoutconcentreringscompartiment 21. Trap 12 omvat de elektroden 24 en 26 en is eveneens verdeeld in een zoutverdunningscompartiment 23 en een 5 zoutconcentreringscompartiment 25. Trap 14 omvat elektroden 30 en 32 en is eveneens verdeeld in een zoutverdunningscompartiment 27 en een zoutconcentreringscompartiment 29 en trap 16 omvat elektroden 36 en 38 en is eveneens verdeeld in een zoutverdunningscompartiment 31 en een zoutconcentreringscompartiment 33. De compartimenten zijn schematisch weergegeven. In de praktijk wordt elke trap gevormd door een aantal afwisselende voor anionen selectieve en voor kationen selectieve membranen die zorgen 10 voor een selectief transport van ionen door elektrolytische werking, waardoor afwisselend zoutverdunnings-compartimenten en zoutconcentreringscompartimenten worden gevormd.Figure 1 schematically shows a comparison system for the electrodialysis of liquids. This system includes four stages 10, 12, 14 and 16. In stage 10, electrodes 18 and 20 are provided, and this stage is divided into a salt dilution compartment 19 and a salt concentration compartment 21. Stage 12 includes electrodes 24 and 26 and is also divided into a salt dilution compartment 23 and a salt concentration compartment 25. Stage 14 includes electrodes 30 and 32 and is also divided into a salt dilution compartment 27 and a salt concentration compartment 29 and stage 16 includes electrodes 36 and 38 and is also divided into a salt dilution compartment 31 and a salt concentration compartment 33. The compartments are shown schematically. In practice, each stage is formed by a number of alternating anion-selective and cation-selective membranes that provide for selective transport of ions by electrolytic action, thereby alternately forming salt dilution compartments and salt concentration compartments.

Zoals algemeen bekend omvat elke trap in de praktijk een groot aantal van dergelijke afwisselend voor kationen permeabele membranen en voor anionen permeabele membranen die een groot aantal van dergelijke onderling verbonden afwisselende zoutveidunningskamers en zoutconcentreringskamer vormen. 15 De aard van de kamers (dat wil zeggen verdunningskamers of concentreringskamers) zal wisselen afhankelijk van de polariteit van de elektroden waarmee omkeerbare energiebronnen 42, 44,46 en 50 worden verbonden. De trappen zijn hydraulisch in serie geschakeld en wel gelijke kamers verbonden met gelijke kamers, overeenkomstig de elektrische polariteit die bij regelmatige continue werking van trap tot trap congruent is.As is well known, each stage in practice comprises a large number of such alternately cation permeable membranes and anion permeable membranes which form a large number of such interconnected alternating salt dilution chambers and salt concentration chamber. The nature of the chambers (ie dilution chambers or concentration chambers) will vary depending on the polarity of the electrodes to which reversible energy sources 42, 44, 46 and 50 are connected. The stairs are connected in series hydraulically, equal chambers connected to equal chambers, in accordance with the electrical polarity which is congruent with regular continuous operation from stairs to stairs.

20 De ruwe vloeistof, dat wil zeggen de elektrolyt, wordt in het systeem ingevoerd in trap 10 via leiding 52 en wordt dan geleidelijk van trap tot trap behandeld tot ze uit trap 16 komt in de vorm van twee afzonderlijke stromen, dat wil zeggen een praktisch ontzout gezuiverd produkt en een afvalstroom met een hoge zoutconcentratie. Uit welke kamer welke stroom komt, hangt af van de polariteit van de elektroden op het betreffende tijdstip.The crude liquid, ie the electrolyte, is introduced into the system in stage 10 through line 52 and is then gradually treated from stage to stage until it exits stage 16 in the form of two separate streams, i.e. a practical desalinated purified product and a waste stream with a high salt concentration. Which chamber comes from which chamber depends on the polarity of the electrodes at the time.

25 In deze vergelijkingsuitvoeringsvorm wordt voorzien in middelen voor het achtereenvolgens omschakelen van de polariteit in elke trap, stapsgewijs met de tijd, bijvoorbeeld in de vorm van een tijdschakelaar 54. De tijdschakelaar kan een mechanisme of elektrische tijdschakelaar zijn. Bij in bedrijf zijn van de installatie wordt de polariteit van trap 10 omgekeerd op een tijdstip dat afhangt van de eisen voor verwijdering van . afzettingen van het systeem. In de verdunningskamers (kamers met verdunde oplossing) van de trap 10 zal 30 de concentratie beginnen toe te nemen, maar in de overeenkomstige kamers van trap 12,14 en 16 zal dat niet het geval zijn. Op een later tijdstip, dat wordt bepaald door de stroomsnelheden van het systeem, zal de concentraatstroom die uit trap 10 komt de ruimte voor verdunde oplossing van trap 12 vullen zodra het verdunde produkt dat in die trap wordt gevormd de betreffende trap verlaat. De polariteit in trap 12 wordt dan omgekeerd terwijl de trappen 14 en 16 in de toestand met niet-omgekeerde polariteit blijven werken. Dit 35 proces wordt herhaald voor trap 14 en trap 16 na een tijdsverloop dat wordt gebaseerd op de overeenkomstige stroomsnelheid. Aan het einde van de stapsgewijze omkering van de polariteit worden de afsluiters of kleppen 56 en 58 in werking gesteld om de' stromen die uit de laatste trap 16 komen af te voeren.In this comparative embodiment, means are provided for sequentially switching the polarity in each stage, step by time, for example, in the form of a timer 54. The timer may be a mechanism or electrical timer. When the installation is in operation, the polarity of stage 10 is reversed at a time depending on the requirements for removal of. deposits from the system. In the dilution chambers (diluted solution chambers) of step 10, the concentration will begin to increase, but in the corresponding chambers of steps 12, 14 and 16, this will not be the case. Later, as determined by the flow rates of the system, the concentrate stream exiting stage 10 will fill the dilute solution space of stage 12 as soon as the dilute product formed in that stage leaves the stage in question. The polarity in stage 12 is then reversed while stages 14 and 16 continue to operate in the inverse polarity state. This process is repeated for stage 14 and stage 16 after a time lapse based on the corresponding flow rate. At the end of the stepwise reversal of polarity, the valves or valves 56 and 58 are actuated to drain the currents coming from the last stage 16.

In figuur 2 is een systeem volgens de uitvinding weergegeven. Overeenkomstige componenten als in . figuur 1 zijn aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers. De stapsgewijs werkende tijdschakelaar is hier 40 vervangen door een aantal organen 60, 62, 64, 66, 68 en 70 die de geleidbaarheid meten en die zijn geplaatst in de uitgaande stromen van elke trap. Voor dit doel geschikte organen zijn in de techniek algemeen bekend. Het signaal van elke geleidbaarheidsdetector wordt toegevoerd aan door de geleidbaarheid in werking te stellen schakelaars 72, 74 en 76 die zo kunnen zijn geprogrammeerd dat ze een omkering van de polariteit van elke trap teweegbrengen die in werking overeenkomt met de werking van de 45 trapsgewijs werkende tijdschakelaar 54 bij de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm. De schakelaars zijn ontworpen om hetzij bij een hoge of bij een lage geleidbaarheid in werking te treden, wat het geval is als de aard van de stroom verandert als gevolg van de geleidelijke stroming van bij omgekeerd potentiaal gevormde vloeistof uit trap 10. De omkering van de potentiaal in trap 10 wordt tot stand gebracht op basis van een zich herhalend tijdschema door middel van een eenvoudige tijdschakelaar 78.Figure 2 shows a system according to the invention. Corresponding components as in. Figure 1 are indicated with the same reference numerals. The step-wise timer 40 is replaced here by a plurality of conductors 60, 62, 64, 66, 68 and 70 that are located in the output currents of each stage. Organs suitable for this purpose are well known in the art. The signal from each conductivity detector is applied to conductivity actuable switches 72, 74 and 76 which may be programmed to effect a reversal of the polarity of each stage in operation corresponding to the operation of the 45 step timer 54 in the above-described embodiment. The switches are designed to operate either at high or low conductivity, which is the case if the nature of the current changes due to the gradual flow of inverse potential liquid from stage 10. The inversion of the potential in stage 10 is established on the basis of a repeating schedule by means of a simple timer 78.

50 Het in werking stellen van de kleppen 56 en 58 om de vloeistofstromen, die uit de laatste trap 16 komen, af te voeren kan worden geregeld door de schakelaar 78 of anders door middel van geleidbaarheids-detectors 68 en 70.Actuation of valves 56 and 58 to drain the liquid streams exiting from the last stage 16 can be controlled by switch 78 or else by conductivity detectors 68 and 70.

Claims

3 192030 Multi-stage device for the electrodialysis of liquids, comprising a number of series-connected stages, each stage of which further desalinates the dilute product stream from the previous stage and in each stage an anode and a cathode are present which are separated from each other by at least one pair of chambers, consisting of a salt dilution chamber and a salt concentration chamber, which are bounded by alternating anion selectively permeable membranes and cation selectively permeable membranes, and each stage being connected to the adjacent stages by liquid feed-through means for each of the 10 dilute product streams and concentrated product streams formed in those stages and each stage further comprises sequentially, step-by-step and stepwise time-shifters controlled by the salinity of the dilute product of the polari the electrodes, and the system further includes means for controlling the flow of liquid controlling the flow of diluted product and the flow of concentrated product, characterized in that the switching means keep the electricity on continuously and the liquid in the same direction continues to flow. Hereby 2 sheets drawing